一种高增益抽头电感型准z源变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种高增益抽头电感型准Z源变换器，包括直流输入电源Vin、匝比为1:n的变压器（T）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一电感（L1）、第三电容（C3）、第四二极管（D4）、第四电容（C4）、第二电感（L2）、开关管（S）、第五二极管（D5）、输出电容（Cout）和负载。本实用新型相比于反激变换器、准Z源变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【专利说明】
一种高増益抽头电感型准Z源变换器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种高增益抽头电感型准Z源变换 器。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的日益增加以及传统化石能源所引起的环境问题日趋严重，人们开 始关注新能源的发展和应用。新能源发电就是应用之一，但在新能源发电系统中，燃料电池 和光伏电池的输出电压较低且波动范围大，故通常需要经过升压DC/DC变换器将低压电转 换为稳定的高压直流电，然后再经过逆变器并网。然而许多升压DC/DC变换器受到占空比、 寄生参数和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如反激变换器，其电压增益为nD/(l-D)，n 为变压器匝比，D为占空比，但由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如准Z源变换器，其 电压增益为1/(1_2D)，较Boost变换器有了一定的提高，但仍难以满足实际应用的需求。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种高增益抽头电感型准 Z源变换器。
[0004] 本实用新型电路中具体包括直流输入电源、匝比为l:n的变压器、第一二极管、第 二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第一电感、第三电容、第四二极管、第四电容、 第二电感、开关管、第五二极管、输出电容和负载。
[0005] 本实用新型电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源的正极与变压器原边的 同名端连接。所述的变压器原边的异名端与变压器副边的同名端和第一二极管的阳极连 接。所述的变压器副边的异名端与第二二极管的阳极连接。所述的第二二极管的阴极与第 一二极管的阴极、第二电容的一端和第三二极管的阳极连接。所述的第三二极管的阴极与 第一电容的一端、第一电感的一端和第三电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与 第四二极管的阳极和第四电容的一端连接。所述的第四二极管的阴极与第三电容的另外一 端和第二电感的一端连接。所述的第二电感的另外一端与第四电容的另外一端、第二电容 的另外一端、开关管的漏极和第五二极管的阳极连接。所述的第五二极管的阴极与输出电 容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所述的直流输入电源V in的负极 与第一电容的另外一端、开关管的源极、输出电容的另外一端和负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本实用新型电路具有的优势为:相比于传统的反激变换器(其输 出电压爻
，)和准Z源变换器(其输出电压关
：）等DC/DC变换器，在 相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本实用新型电路只需要较小的占空比就可以将低等 级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地、输入电流连续等，因此本实用新型电路具有 很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种高增益抽头电感型准Z源变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3a、图3b为一个开关周期内不同阶段的电路模态图。
[0010] 图4为实例中本实用新型的电路、反激变换器和准Z源变换器的增益Vcmt/Vin随占空 比D变化的波形图。
【具体实施方式】
[0011] 以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述说明，但本实用新型的 实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术 人员可参照现有技术理解或实现的。
[0012] 本实用新型的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了验 证方便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号VGS、第一二极管Di电流iDi、 第二二极管D 2电流iD2、第三二极管D3电流iD3、第四二极管D4电流iD4、第五二极管D 5电流iD5、 变压器T的励磁电感Lm电流km、第一电感1^电流iL1、第一电容&电压V C1、第二电容&电压VC2、 第三电容C3电压VC3、第四电容C4电压V C4的波形图如图2所示。
[0013] (1)在如~以阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS 从低电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管Di承受正向电压导通，第二二极管D2、第三 二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5承受反向电压截止。直流输入电源V in与第二电容C2 通过第一二极管Dl和开关管S同时给变压器T的励磁电感Lm充电，第一电容Cl和第四电容C4 通过开关管S同时给第一电感1^充电，第一电容α和第三电容C 3通过开关管S同时给第二电 感1^2充电。此外，输出电容Ccmt给负载供电。
[0014] ^在。~^阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS 从高电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管Di承受反向电压截止，第二二极管D2、第三 二极管D 3、第四二极管D4和第五二极管D5承受正向电压导通。直流输入电源Vin和变压器T的 励磁电感L m通过第二二极管02和第三二极管D3同时给第一电容心充电，直流输入电源 变压器T的励磁电感U通过第二二极管D2和第五二极管D5同时给第二电容C2、输出电容Ccmt 和负载充电，第一电感U和第二电感。通过第三二极管D3同时给第二电容&、第三电容C3和 第四电容C 4充电，第一电感U和第二电感Udi过第四二极管D4和第五二极管D5同时给第一电 容心、输出电容Ccmt和负载充电。此外，直流输入电源V in、变压器T的励磁电感Lm、第一电感1^ 和第二电感。通过第二二极管D2、第三二极管D 3、第四二极管D4和第五二极管D5同时给输出 电容C?t和负载充电。
[0015] 本实用新型电路的稳态增益的推导如下。
[0016] 由于第一电感U与第二电感L2的电感值相等，第三电容C3与第四电容C4的电容值 相等，则第一电感L!与第二电感L 2的电压、电流相等，第三电容C3与第四电容C4的电压、电流 相等。
[0017] 由第一电感1^与变压器T的励磁电感Lm的电压在一个开关周期内的平均值为零，可 得到下列关系式。
[0018] (1)
[0019] (2)
[0020] Vc2 = 2Vc3 (3)
[0021] 又当开关管S关断时，输出电压V?t满足下列关系式。
[0022] V〇ut = Vci+Vc2 (4)
[0023] 联立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到输出电压￥_与直流输入电压￥1"的关系。
[0024]
(5 )
[0025] 传统反激变换器与准Z源变换器的稳态增益分别为nD/(l-D)和1/(1-2D)(D为占空 比，η为变压器匝比），当匝比n=l时，本实用新型所提电路与反激变换器、准Z源变换器的稳 态增益比较图如图4所示，从图4可知，当输入电压为10V时，本实用新型提出的电路只需占 空比为0.25就可以升至100V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种高增益抽头电感型准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、匝比为l:n的 变压器(T)、第一二极管(DD、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第一电容(CD、第二电容 (C 2)、第一电感(1^)、第三电容(C3)、第四二极管(D4)、第四电容(C4)、第二电感(L 2)、开关管 (3)、第五二极管(05)、输出电容((：。此)和负载； 所述直流输入电源的正极与变压器(T)原边的同名端连接;所述变压器(T)原边的异名 端与变压器(T)副边的同名端和第一二极管(DD的阳极连接;所述变压器(T)副边的异名端 与第二二极管(D2)的阳极连接;所述第二二极管(D 2)的阴极与第一二极管(DD的阴极、第二 电容（C2)的一端和第三二极管（D3)的阳极连接;所述第三二极管(D 3)的阴极与第一电容 (Ci)的一端、第一电感(Li)的一端和第三电容(C3)的一端连接;所述第一电感(Li)的另外一 端与第四二极管(D 4)的阳极和第四电容(C4)的一端连接;所述第四二极管(D4)的阴极与第 三电容(C 3)的另外一端和第二电感(L2)的一端连接;所述第二电感(L2)的另外一端与第四 电容(C4)的另外一端、第二电容(C2)的另外一端、开关管（S)的漏极和第五二极管(D5)的阳 极连接;所述第五二极管(D 5)的阴极与输出电容(Cout)的一端和负载的一端连接;所述输出 电容(Cout)与负载并联;所述直流输入电源的负极与第一电容(Cl)的另外一端、开关管（S) 的源极、输出电容(C? t)的另外一端和负载的另外一端连接。
【文档编号】H02M3/155GK205622505SQ201620102217
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月31日
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学